Una breve aplicación de dispositivos de filtrado activo en sistemas de distribución de energía en la industria de tratamiento de agua.

Abstracto: En el sistema de suministro y distribución de energía de la industria de tratamiento de agua intervienen equipos de carga como ventiladores de aireación, bombas elevadoras y equipos de deshidratación de lodos, lo que provoca que el motor asíncrono genere más potencia reactiva y una gran cantidad de armónicos, provocando que el sistema El factor de potencia disminuye y los armónicos causan un gran daño a los sistemas de distribución de energía y a las cargas. En este sentido, la industria del tratamiento de agua debe prestar más atención a la calidad de la energía y utilizar dispositivos de filtrado activo para filtrar los armónicos, ahorrando así energía y reduciendo el consumo.

Palabras clave: sistema de suministro y distribución de energía en la industria de tratamiento de agua; Armónicos; calidad de la energía.

1. Principales características de la calidad de la energía en la industria de tratamiento de agua:

1.1 La industria del tratamiento de agua se ha desarrollado de manera constante y la construcción de plantas ha aumentado constantemente año tras año;

1.2 Cargas como motores y bombas de agua funcionan durante mucho tiempo, el factor de potencia es alto y la compensación de potencia reactiva es relativamente estable;

1.3 La principal fuente de armónicos es el convertidor de frecuencia y el contenido de armónicos es grande, por lo que es necesario configurar un equipo de filtrado activo para el control de armónicos.

2. Equipos principales en la industria del tratamiento de agua.

Los principales equipos de alta potencia en las plantas de tratamiento de aguas residuales en la industria de tratamiento de agua incluyen ventiladores de aireación, bombas elevadoras, equipos de deshidratación de lodos y equipos de secado completos, así como grandes sistemas de aire acondicionado, convertidores de frecuencia y equipos de ventilación. Los mecanismos de conversión de frecuencia y los componentes de control de estos dispositivos son cargas no lineales típicas. Los armónicos generados fluyen hacia el sistema de distribución de energía y contaminan la red eléctrica. No sólo tienen un impacto potencial en los equipos de compensación de potencia reactiva, sino que también afectan el funcionamiento normal de diversos equipos eléctricos, reduciendo la eficiencia del sistema y aumentando los costos de energía.

2.1 ventilador de aireación

La función principal del ventilador aireador para depuradora es proporcionar oxígeno a la piscina. Se utiliza principalmente en el desarenador. El ventilador de aireación se conecta a la tubería y luego la tubería se conecta a la placa de aireación en el fondo del tanque de aireación. El ventilador de aireación sopla el gas que ingresa al tanque de aireación para proporcionar suficiente oxígeno para las actividades microbianas y promover reacciones químicas. Cuando se enciende el ventilador de aireación, el factor de potencia es 0,8 y la tasa de distorsión armónica total es casi del 30%.

2.2 Bomba de elevación

La bomba de elevación es un producto de bomba que integra una bomba, un motor, una carcasa y un sistema de control. Su función principal es elevar las aguas residuales a una cierta altura y hacerlas correr según el método de flujo por gravedad. Puede controlar el volumen de agua y así controlar la concentración de aguas residuales en el tanque de reacción. , el factor de potencia de la bomba de elevación es 0,75 y la tasa de distorsión armónica es de casi el 30% al 40%.

2.3 Deshidratación de lodos

Los métodos de deshidratación incluyen principalmente secado natural, deshidratación mecánica y granulación. El método de secado natural y el método de deshidratación mecánica son adecuados para los lodos de depuradora. El método de granulación es adecuado para la coagulación y sedimentación de lodos. Los equipos de deshidratación de lodos producen principalmente armónicos 5º y 7º. El factor de potencia del equipo de deshidratación de lodos es 0,8 y la tasa de distorsión armónica es cercana al 20%.

2.4 Convertidor de frecuencia

La función principal del convertidor de frecuencia es cambiar la frecuencia y amplitud de la fuente de alimentación del motor de CA, cambiando así el período de su campo magnético en movimiento para lograr el propósito de controlar suavemente la velocidad del motor. El uso de la función de arranque suave del convertidor de frecuencia hará que la corriente de arranque comience desde cero hasta el valor máximo. No excede la corriente nominal, lo que reduce el impacto en la red eléctrica y los requisitos de capacidad de suministro de energía, y extiende la vida útil de los equipos y válvulas. Es necesario utilizar inversores de gran capacidad con reactores de línea entrantes para prevenir eficazmente perturbaciones e impactos de los componentes de potencia y evitar conflictos con filtros activos para amplificar los armónicos. El factor de potencia del inversor es 0,9 y la tasa de distorsión armónica total es de casi 30% ~ 50%.

3. Casos y soluciones de calidad de energía en la industria de tratamiento de agua.

3.1 Fenómenos de accidente

Hay un transformador de 2000 kVA en una planta de tratamiento de aguas residuales en Hunan. Hay dos gabinetes de compensación de capacitores en el lado de bajo voltaje del transformador. La capacidad de compensación es de 1000kVar. Los gabinetes están equipados con conmutación por contactor y ambos se conmutan automáticamente. Durante el proceso de depuración y operación de la planta de tratamiento de aguas residuales, el personal de servicio de operación encontró que un conjunto de capacitores y reactores estaban quemados en el gabinete de compensación de capacitores de la sala de distribución de bajo voltaje durante la inspección. Mediante inspección in situ se encontraron otros condensadores y reactores que no sufrieron daños y se pusieron en funcionamiento. Todas las temperaturas oscilan entre 80 y 100°C y el ruido y la temperatura del transformador aumentan significativamente.

3.2 Análisis de causas de daños en armarios de condensadores.

1）. Problemas de calidad de componentes como capacitancia y reactancia. El interior del condensador está lleno de pegamento negro deficiente, que es fácil de expandir y abultar cuando se sobrecalienta; el material externo está hecho de carcasa de hierro, que es adecuado en ciudades costeras o lugares con mucha niebla y niebla salina; el reactor está hecho de núcleo de aluminio y la interfaz se oxida y explota a altas temperaturas;

2）. Problemas de fijación de conectores eléctricos durante la construcción e instalación en sitio. Si la interfaz está suelta, el punto de conexión se calentará localmente;

3）. Problema de coincidencia de parámetros de capacitancia y reactancia. La tasa de reactancia en serie no coincide. Por ejemplo, si se utiliza un condensador con una tasa de reactancia del 7 % para 480 V y un reactor con una tasa de reactancia del 14 % para 525 V, la falta de coincidencia entre capacitancia y reactancia provocará resonancia;

4）. Factores ambientales. A medida que cambian la temperatura y la humedad del entorno del sitio, los parámetros de reactancia capacitiva cambian, lo que genera el problema de la desviación de la reactancia en serie. Se producirá resonancia en serie entre los condensadores y los reactivos, lo que hará que la corriente aumente y provoque un calentamiento grave;

5）. El problema de resonancia paralela entre el gabinete del capacitor y la carga desencadenado por el voltaje armónico hace que el voltaje del bus aumente, causando daños al capacitor o protección contra sobretensión o daños al equipo de carga.

3.3 Soluciones

El punto de prueba es la salida principal del transformador. Según los resultados reales de las mediciones de la calidad de la energía de la planta de tratamiento de aguas residuales, la salida principal del transformador contiene los armónicos 5.º, 7.º, 11.º y 13.º. La corriente armónica total alcanza los 200 A y la tasa de distorsión armónica alcanza los 200 A. 27,6%. La inspección in situ de condensadores, reactancias y otros dispositivos encontró que estaban en buenas condiciones y que las tasas de reactancia coincidían. Se analizó que la causa fue un incendio en las líneas y equipos provocado por exceso de corriente armónica. Finalmente, por sugerencia de nuestra empresa, se instaló un filtro activo de 300A en el lado de salida del transformador.

En la actualidad, la tasa de distorsión armónica in situ es estable por debajo del 10% y el gabinete del condensador funciona de manera estable durante mucho tiempo.

El filtro activo APF adopta el modo de control digital completo DSP+FPGA y está conectado en paralelo en el sistema para compensar los armónicos y la potencia reactiva. Puede compensar completamente los armónicos 2 al 51 o compensar armónicos específicos; tiene funciones completas de protección contra sobrecorriente de brazo de puente, protección contra sobretensión de CC y protección contra sobretemperatura del dispositivo; tiene las funciones de detección y operación automática, monitoreo de mediciones y configuración de valores fijos; tiene las funciones de disipación de calor inteligente y regulación de velocidad continua; Tiene la función de expansión dinámica, admite conexión y desconexión y es fácil de reemplazar.